(57)【要約】  心機能シミュレータは、流体の流入口及び流出口が形成された流体を貯留するタンクと、前記タンクからの流体を流通させる一方向性の第１の弁と、往復動部材の往復動によって流体を吸入及び拍出するポンプ室、前記ポンプ室へ前記第１の弁からの流体を導入する吸入口、前記ポンプ室からの流体を拍出する拍出口、前記ポンプ室に通じる開口が形成されたポンプヘッドからなるポンプと、前記ポンプのポンプヘッドに形成された開口に接続されて内部の空気量によって前記ポンプ室のコンプライアンスを調整する閉鎖型の第１のチャンバと、前記タンクからの流体を流通させる一方向性の第２の弁と、前記第２の弁からの流体を前記タンクの流入口まで流通させる管路とを備えたことを特徴とする。
2012002334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口及び流出口が形成された流体を貯留するタンクと、
前記タンクからの流体を流通させる一方向性の第１の弁と、
往復動部材の往復動によって流体を吸入及び拍出するポンプ室、前記ポンプ室へ前記第１の弁からの流体を導入する吸入口、前記ポンプ室からの流体を拍出する拍出口、前記ポンプ室に通じる開口が形成されたポンプヘッドからなるポンプと、
前記ポンプのポンプヘッドに形成された開口に接続されて内部の空気量によって前記ポンプ室のコンプライアンスを調整する閉鎖型の第１のチャンバと、
前記タンクからの流体を流通させる一方向性の第２の弁と、
前記第２の弁からの流体を前記タンクの流入口まで流通させる管路と
を備えたことを特徴とする心機能シミュレータ。
【請求項２】
前記ポンプのポンプヘッドには、外部の評価ポンプに対して前記ポンプ室内の流体を流出させる第１の分岐ポートが形成され、
前記管路には、前記評価ポンプから拍出された流体を流入させる第２の分岐ポートが形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の心機能シミュレータ。
【請求項３】
前記管路に介挿されてハウジング内部の空気量によって前記管路のコンプライアンスを調整する閉鎖型の第２のチャンバを備えた
ことを特徴とする請求項１又は２記載の心機能シミュレータ。
【請求項４】
前記管路に介挿されて前記管路の径を調整する電動比例制御弁を備えた
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の心機能シミュレータ。
【請求項５】
前記タンクの流体を加熱するヒータを備えた
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の心機能シミュレータ。
【請求項６】
前記第１及び第２の弁は、ダックビルバルブである
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の心機能シミュレータ。
【請求項７】
前記ポンプのポンプヘッドには、前記ポンプ室内の内圧が所定の圧力以上になった場合に外部に前記ポンプ室内の流体を流出させる安全弁が形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の心機能シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助循環装置の耐久試験に利用可能な心機能シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高度心不全患者に対して補助循環装置（補助人工心臓）が広く用いられている。この補助循環装置には高い信頼性が求められており、実用化までには十分に試験する必要がある。【０００３】
そこで、従来から、このような補助循環装置の試験をするため心機能及び循環系を模擬する装置がいくつか提案されており、それら装置のいくつかは拍動ポンプを利用することで心臓を模擬している。拍動ポンプを用いた場合、ポンプ室の収縮・拡張の周期を調整することができるため、心臓の様々な拍動数を模擬することができる。しかし、これら拍動ポンプは通常、収縮力などの拍動状態を調整することができない。この場合、収縮力が異なる様々な心臓を十分に模擬することができない。【０００４】
この問題を解決する技術として、パッシブフィリング機構を利用した循環シミュレータが提案されている（非特許文献１）。これは、ハウジング内に左心室の収縮・拡張を模擬する可撓性サックを設けており、この可撓性サックをリニアモータで駆動されるピストンで押しつけることで可撓性サックの収縮力を調整するものである。しかし、この場合、可撓性サックには直接機械的な力が加わることとなり、可撓性サックが劣化しやすくなる。そのためシステムの耐久性が損なわれる点が問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】横山敬正他、「左心収縮期評価指数Ｅｍａｘ変更可能なパッシブフィリング機構左心模擬心モデルの開発」、２００９年、第４８回日本生体医工学会大会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、心臓の収縮力、拍動数などの拍動状態の設定を可能にすると共に、高耐久性を図った心機能シミュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る心機能シミュレータは、流体の流入口及び流出口が形成された流体を貯留するタンクと、前記タンクからの流体を流通させる一方向性の第１の弁と、往復動部材の往復動によって流体を吸入及び拍出するポンプ室、前記ポンプ室へ前記第１の弁からの流体を導入する吸入口、前記ポンプ室からの流体を拍出する拍出口、前記ポンプ室に通じる開口が形成されたポンプヘッドからなるポンプと、前記ポンプのポンプヘッドに形成された開口に接続されて内部の空気量によって前記ポンプ室のコンプライアンス（伸展性）を調整する閉鎖型の第１のチャンバと、前記タンクからの流体を流通させる一方向性の第２の弁と、前記第２の弁からの流体を前記タンクの流入口まで流通させる管路とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、心臓の収縮力、拍動数などの拍動状態の設定を可能にすると共に、高耐久性を図った心機能シミュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る心機能シミュレータのブロック図である。
【図２】同心機能シミュレータと体循環系の対応を説明する図である。
【図３Ａ】同心機能シミュレータの拍動ポンプ及び閉鎖型チャンバの内部構造の概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すＡ−Ａ´断面図である。
【図４】同心機能シミュレータの拍動ポンプの動作と体循環系及び肺循環系との関係を説明する図である。
【図５】同心機能シミュレータの第１の閉鎖型チャンバの動作と体循環系及び肺循環系との関係を説明する図である。
【図６】同心機能シミュレータのシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
［全体システム］
図１は、本発明の実施形態に係る心機能シミュレータのブロック図である。
【００１２】
本心機能シミュレータは、体循環系（又は肺循環系）を模擬する循環回路を備える。
【００１３】
この循環回路は、左心房又は右心房を模擬するリザーバ１、左心室又は右心室を模擬する拍動ポンプ５及び大動脈又は肺動脈を模擬する閉鎖型チャンバ１４を備え、拍動ポンプ５と閉鎖型チャンバ１４の間の管路１１からなるメインフローを形成すると共に、このメインフローに並列に管路３５、３６からなる補助人工心臓用のバイパスフローを形成し、閉鎖型チャンバ１４からリザーバ１までの管路１７、１９によってトータルフローを形成している。
【００１４】
流体を貯留するリザーバ１と拍動ポンプ５は、流体をリザーバ１から拍動ポンプ５に移送する管路３と、流体を拍動ポンプ５からリザーバ１へ移送する管路１１、１７、１９とにより接続されている。また、拍動ポンプ５の吸入口側及び拍出口側には、それぞれ流体を一方向に流す一方向弁４（第１の弁）及び一方向弁１０（第２の弁）を備える。さらに、拍動ポンプ５のポンプ室の内圧を調整する閉鎖型チャンバ６（第１のチャンバ）、管路１１及び１７間にコンプライアンス（伸展性）を与える閉鎖型チャンバ１４（第２のチャンバ）、及び管路１７の流体抵抗を調整するための電動比例制御弁１８を備える。
【００１５】
ここで、拍動ポンプ５のポンプヘッド及び管路１１には、それぞれ第１の分岐ポート５ｂ及び第２の分岐ポート１１ａが設けられている。これら分岐ポート５ｂ及び１１ａには、それぞれ管路３５及び３６を介して評価対象となる評価ポンプ２０が接続される。
【００１６】
さらに、本心機能シミュレータには、リザーバ１の流出口１ｂ側、拍動ポンプ５、閉鎖型チャンバ６、閉鎖型チャンバ１４、管路１１の閉鎖型チャンバ１４の流入口１４ｂ付近、管路１７の閉鎖型チャンバ１４の拍出口１４ｃ付近、管路３５の評価ポンプ２０の吸入口付近、及び管路３６の評価ポンプ２０の拍出口付近にそれぞれ圧力センサ２１、２２、３１、３３、２３、２４、２５、及び２６が設けられている。これら圧力センサ２１〜２６、３１、及び３３によって、各部の圧力をリアルタイムに計測することができる。また、管路１１、１７、及び３６には、それぞれ流体の流量を検知する流量計１２、３４、及び３７が設けられている。これら圧力センサ２１〜２６、３１、及び３３、並びに流量計１２、３４、及び３７の出力は、計測装置によるシミュレーション結果の集計に用いられると共に、制御装置にフィードバックされて循環回路の制御に用いられる。
【００１７】
［心機能シミュレータと体循環系の対応］
次に、本実施形態に係る心機能シミュレータと体循環系の対応について説明する。
【００１８】
なお、ここから先は、説明の便宜上、体循環系を例に挙げて説明するが、左心室を右心室、左心房を右心房、大動脈を肺動脈、末梢血管抵抗を肺血管抵抗、僧帽弁を三尖弁、大動脈弁を肺動脈弁、大静脈を肺静脈とすれば、肺循環系についても同様に適用することができる。
【００１９】
図２は、本心機能シミュレータと体循環系を説明する図であり、図中の矢印Ａ１〜Ａ４は、血液の流れを表している。
【００２０】
生体における僧帽弁を介して左心房から左心室に向かう血液（矢印Ａ４）は、心機能シミュレータにおける一方向弁４を介してリザーバ１から拍動ポンプ５に吸入される流体の流れに相当する。大動脈弁を介して左心室から大動脈に向かう血液（矢印Ａ１）は、心機能シミュレータにおける一方向弁１０を介して拍動ポンプ５から管路１１を介して閉鎖型チャンバ１４に拍出される流体に相当する。大動脈から末梢血管抵抗に向かう血液（矢印Ａ２）は、管路１７を介して閉鎖型チャンバ１４から電動比例制御弁１８に流入する流体に相当する。末梢血管抵抗から大静脈を経て左心房に向かう血液（矢印Ａ３）は、電動比例制御弁１８から管路１９を経てリザーバ１に流入する流体に相当する。
【００２１】
［各機能ブロックの説明］
次に、本実施形態に係る心機能シミュレータの各機能ブロックについて説明する。
【００２２】
リザーバ１は、流体を貯留するリザーバ本体１ｃを備える。このリザーバ本体１ｃの側面には、管路１９から流入する流体をリザーバ本体１ｃに取り入れるための流入口１ａと、リザーバ本体１ｃに貯留された流体を管路３に流出させるための流出口１ｂが形成されている。このリザーバ１は、電動比例制御弁１８の下流側に設けられており、生体の左心房圧を模擬することができる。また、左心房圧は、リザーバ１内の流体の液面（の高さ）を変更することで調整することができる。なお、左心房圧は、リザーバ１の流出口１ｂ側に設けられた圧力センサ２１によって検知することができる。
【００２３】
さらに、必要に応じて、このリザーバ１内に熱源であるヒータ２を設置することもできる。この場合、心機能シミュレータ内を循環する流体の温度を一定に保つことができる。
【００２４】
拍動ポンプ５は、往復動部材の往復動によって流体を吸入及び拍出するポンプ室、このポンプ室へ流体を導入する吸入口、及びポンプ室からの流体を拍出する拍出口を備える。また拍動ポンプ５のポンプヘッドには、閉鎖型チャンバ６を接続するための開口５ａが形成されている。
【００２５】
この拍動ポンプ５は、図３Ａ、図３Ｂに示すような構造となっている。ここで、図３Ａは拍動ポンプ５及び閉鎖型チャンバ６の内部構造の概略図、図３Ｂは図３Ａに示すＡ−Ａ´断面図となっている。
【００２６】
図示しないポンプ本体の電磁力によって往復駆動される駆動軸１０１の先端部には可撓性のダイヤフラム１０４が装着されている。ダイヤフラム１０４は、ポンプヘッド１１０との間にポンプ室１２０を形成し、その周縁部がポンプヘッド１１０とブラケット１１１とによって保持されている。ポンプヘッド１１０には、ポンプ室１２０から図３Ａの左方向に延びる吸入流体通路１２１と、ポンプ室１２０から図３Ａの右方向に延びる拍出流体通路１２２とが形成されている。
【００２７】
ポンプヘッド１１０には、前面中央部に開口部５ａが形成されている。この開口部５ａは、ポンプヘッド１１０から前方に伸びる管１２３を介して、閉鎖型チャンバ６の下部の流入口６ｂに接続されている。
【００２８】
吸入流体通路１２１の端部には、吸入口を構成するハウジング１１３が設けられている。このハウジング１１３内には、一方向弁４が接続されている。他方、拍出流体通路１２２の端部には、拍出口を構成するハウジング１０５が接続されている。このハウジング１０５内には、一方向弁１０が接続されている。
【００２９】
なお、一方向弁４及び１０に関しては、ダックビルバルブ、ボール弁、アンブレラ弁、二葉弁、一葉弁、生体弁等を簡易に交換可能であり、弁の違いによる各波形への影響や、弁自体の特性（流体抵抗、逆流量、衝撃）を比較することができる。
【００３０】
また、弁材質、機構、構造を変更することで弁の機能不全（弁狭窄、閉鎖不全、逆流）に起因する疾患における血行動態を容易に再現することができる。
【００３１】
さらに、ハウジング１１３、１０５、拍動ポンプ５に透明アクリル材料を用いた場合、一方向弁４及び１０、拍動ポンプ５のダイヤフラム１０４の挙動を視覚的に評価することができる。
【００３２】
以上の構造による拍動ポンプ５は、駆動軸の往復動周期を変化させることでダイヤフラムの拍動数を制御することができる。これによってポンプ室１２０から拍出される流体の拍出量を変化させることができる。
【００３３】
また、拍動ポンプ５は、ストローク長（ダイヤフラムの稼動域）を電子的に制御することができる。なお、ストローク長が増加すると一回拍出量は増加し、ストローク長を減少すると一回拍出量は減少する。
【００３４】
拍動ポンプ５の開口部５ａに接続されている閉鎖型チャンバ６は、ハウジング内の空気量を変化させることで拍動ポンプ５に任意のコンプライアンスを付与するものである。この閉鎖型チャンバ６の上部にある空気ポート６ａには空気流路７、空気圧調整バルブ８、及び３０が設置されており、空気量を電子的に制御することができる。なお、閉鎖型チャンバ６内の空気量を増加させることでコンプライアンスが増加し拍動ポンプ５の収縮力が減少する。空気量が減少するとコンプライアンスが減少し拍動ポンプ５の収縮力が増加する。閉鎖型チャンバ６は、空気流路７からの空気を空気圧調整弁８及び３０によって調節し、持続的に閉鎖型チャンバ６内の空気に圧力を与え、閉鎖型チャンバ６内の液面を一定も保つことができる。
【００３５】
なお、拍動ポンプ５には、安全性の観点から、ポンプヘッド１１０に形成された開口部５ｃを介して安全弁９を設けることができる。この場合、過度の圧力が拍動ポンプ５に負荷されても流体を安全弁９に逃がすことができる。
【００３６】
次に、拍動ポンプ５のポンプ室の収縮期及び拡張期と体循環系の関係について図４を用いて説明する。
【００３７】
図４中（１）は、拍動ポンプ５のポンプ室の収縮期と体循環系の関係を説明する図である。拍動ポンプ５のポンプ室が収縮すると、ポンプ室内の流体が一方向性弁１０を介して閉鎖型チャンバ１４及び電動比例制御弁１８に向けて拍出される。これは、図４中（１）に示す通り、生体心臓の収縮期における体循環系の動作に相当する。つまり、拍動ポンプ５のポンプ室の収縮は、図４中（１）の矢印Ｂで示す左心室の収縮動作に相当する。これによって、左心室にある血液は、矢印Ａ１及びＡ２に示すように一方向弁１０に相当する大動脈弁及び大動脈に相当する閉鎖型チャンバ１４を介して電動比例制御弁１８に相当する末梢血管抵抗に拍出される。
【００３８】
図４中（２）は、拍動ポンプ５のポンプ室の拡張期と体循環系の関係を説明する図である。拍動ポンプ５のポンプ室が拡張すると、リザーバ１に貯留されている流体が管路３及び一方向性弁４を介して拍動ポンプ５のポンプ室内に吸入される。これは、図４中（２）に示す通り、生体心臓の拡張期における体循環系の動作に相当する。つまり、拍動ポンプ５のポンプ室の拡張は、図４中（２）の矢印Ｃで示す左心室の拡張動作に相当する。これによって、矢印Ａ３に示すように管路１９に相当する大静脈によってリザーバ１に相当する左心房に戻ってきた血液は、矢印Ａ４に示すように、一方向弁４に相当する僧帽弁を介して拍動ポンプ５に吸入される。
【００３９】
次に、閉鎖型チャンバ６の動作と体循環系の関係について説明する。
【００４０】
図５は、閉鎖型チャンバ６と体循環系の関係を説明する図であり、図中（１）は閉鎖型チャンバ６に空気が入っていない場合、図中（２）は閉鎖型チャンバ６に空気が入っている場合の図である。
【００４１】
図５中（１）に示すように、閉鎖型チャンバ６に空気が入っていない場合、図中点線Ｄで示すように拍動ポンプ５のポンプ室の収縮力Ｂは低減しない。これによって、拍動ポンプ５は管路１１に向けて多くの流体を拍出することができる（図中点線矢印Ａ１及びＡ２）。一方、図５中（２）に示すように、閉鎖型チャンバ６に空気が入っている場合、図中点線Ｄ´で示すように拍動ポンプ５のポンプ室の収縮力ＢはＢ´に低減してしまう。この場合、拍動ポンプ５は、ポンプ室を十分に収縮することができず、一回拍出量が減少する（図中点線矢印Ａ１´及びＡ２´）。
【００４２】
このように、閉鎖型チャンバ６内の空気圧を変化させることで、拍動ポンプ５の拍出量が変化する。これは、体循環系において、左心室の一回拍出量が変化することに相当する。これによって、本心機能シミュレータの場合、左心室の一回拍出量が十分にある通常の心機能が模擬できるばかりでなく、左心室の収縮力が弱い不全心の心機能なども模擬することができる。
【００４３】
また、従来の心機能シミュレータでは、生体心臓の柔軟性を再現するためポリウレタン製薄膜などの可撓性のダイヤフラムやサックを用いていた。しかし、この場合、心臓のコンプライアンス成分を定量的に制御することは困難であった。本心機能シミュレータの拍動ポンプ５は定量ポンプに装着した閉鎖型チャンバ６の空気量を調節することで拍動ポンプ５のコンプライアンス成分を定量的に変更することができる。これにより不全心における収縮能力の低下を再現することが可能である。
【００４４】
さらに、拍動ポンプ５のポンプストロークを制御装置で連続的に調節することで一回拍出量を変更することが可能であり、不全心における心拍出量の低下を定量的に再現することができる。同様に、制御装置で拍動ポンプ５の拍動数を連続的に変更できるため閉鎖型チャンバ６の空気量、ポンプストロークと併せて生体心臓の拍出量やポンプ内圧の立ち上がりを変更することができる。調整範囲は心不全状態から健常心、それ以上の拍出状態までも再現することができるため、評価ポンプを含む被験デバイスの使用目的に即した心不全状態での長期耐久試験や、加速試験的により過酷な条件での試験など、試験条件を使用者が任意に設定することができる。
【００４５】
閉鎖型チャンバ１４は、流量計１２の下流側に設けられ、拍動ポンプ５から拍出された圧波形に対し、血管コンプライアンス成分を付与するものである。閉鎖型チャンバ１４のハウジング上部にある空気ポート１４ａには空気流路１５、空気圧調整バルブ１６、及び３２が設置されており、空気量を電子的に制御することができる。閉鎖型チャンバ１４内部の空気量を調節することで、動脈波形の脈圧（管路１１に流れる流体の圧力）を任意の値に変更することができる。なお、閉鎖型チャンバ１４内の空気量を増加させることで血管コンプライアンスが増加し圧波形の脈圧が減少する。
【００４６】
また、閉鎖型チャンバ１４も閉鎖型チャンバ６と同様に、空気流路１５からの空気を空気圧調整弁１６及び３２で調節し、持続的に閉鎖型チャンバ１４内の空気に圧力を与え、閉鎖型チャンバ１４内の液面を一定に保つことができる。このように、閉鎖型チャンバ１４の空気圧と容量を一定に保つことで耐久試験における長期運転時の空気漏れによるコンプライアンスの変化を防止することができる。
【００４７】
さらに、連続的な制御をすることでコンプライアンスに時変的特性を付与することができる。
【００４８】
従来の心機能シミュレータでは、大動脈のコンプライアンス成分を再現するため管路に柔軟なチューブ等を用いていた。これに対し、本心機能シミュレータでは、管路のほとんどを金属配管にすることができ、この場合、大動脈のコンプライアンス成分はそのほとんどが閉鎖型チャンバ１４の空気量によって決定される。つまり、従来の心機能シミュレータでは困難であったコンプライアンス成分の定量的な制御が可能になる。
【００４９】
電動比例制御弁１８は、閉鎖型チャンバ１４の下流側に設けられている。電動比例制御弁１８の開口度を調整することで回路の抵抗を調整することができる。これによって、流体を任意の圧力及び流量に調整することができる。また、圧カセンサの出力を制御装置にフィードバックさせることで、耐久試験において後負荷を一定に保つことができる。
【００５０】
管路１１、１７、及び１９は、フェルール配管を用いることができる。この場合、フェルール配管の耐食性によって、生理食塩水やグリセリン水溶液を流体に使用することができる。これによって、血液と同等の粘性に調整した流体を用いた試験が可能になる。管路１１及び１７の流体の流量は、それぞれ流量計１２及び３４で計測される。
【００５１】
評価ポンプ２０は、拍動ポンプ５の分岐ポート５ｂと閉鎖型チャンバ１４上流の分岐ポート１１ａとの間を管路３５及び３６を介してバイパスするように接続されている。このとき拍動ポンプ５と閉鎖型チャンバ１４の各発生圧力は、それぞれ評価ポンプ２０に対する前負荷、後負荷となる。
【００５２】
このように、試料となる補助循環装置は、脱血（吸入）側を左心室に相当する拍動ポンプ５に、送血（拍出）側を大動脈に相当する閉鎖型チャンバ１４付近にそれぞれ接続させることで生体に装着した場合と同等の負荷条件（被験デバイス前後圧、流量）で試験することができる。
【００５３】
また、拍動ポンプ５の拍動数及びストローク長、電動比例制御弁１８、閉鎖型チャンバ６及び１４の空気量は、制御装置で調節できるため、種々の試験条件に生理学的条件（拍動数、心拍数、流量）や生活パターン（昼・夜、安静・運動など）を組み込むことが可能である。
【００５４】
なお、評価ポンプ２０としては、様々なポンプを適用することができる。
【００５５】
［シミュレーション結果］
図６は、本心機能シミュレータによるシミュレーション結果である。図６中（１）は、管路１１の流体の流量であり大動脈流量に相当する。図６中（２）は、拍動ポンプ５のポンプ室の内圧であり左心室圧に相当する。図６中（３）は、閉鎖型チャンバ１４前後の流体圧力であり大動脈圧に相当する。なお、本シミュレーションにおいては、一方向弁４及び１０にダックビルバルブを用いている。
【００５６】
図中の期間Ｉ〜ＩＩではポンプ室は拡張し、期間ＩＩ〜ＩＩＩではポンプ室は収縮する。これら拡張と収縮との期間を合わせたポンプの周期は約０．８５ｓとなり、心拍数７０ｂｐｍに相当する。また、図中の実線は健常心を、破線は不全心のシミュレーション結果を示している。
【００５７】
先ず、時刻Ｉにおいて拍動ポンプ５（左心室）のポンプ室の拡張が始まり、時刻ｂにて一方向弁４（僧帽弁）が開放され、リザーバ１（左心房）から流体（血液）が拍動ポンプ５に吸入される。また、時刻ａから時刻ｄまで一方向弁１０（大動脈弁）は閉鎖されているため、管路１１（大動脈）には、流体（血液）がほとんど流れていない。
【００５８】
続いて、時刻ＩＩにおいて、拍動ポンプ５のポンプ室の収縮が始まり、時刻ｄにおいて、拍動ポンプ５の内圧（左心室圧）が管路１１の流体圧力（大動脈圧）とほぼ一致する。その後、拍動ポンプ５の内圧が管路１１の流体圧力を超えると一方向弁１０が開放され、管路１１の流量が上昇していく。
【００５９】
続いて、時刻ＩＩＩにおいて、拍動ポンプ５のポンプ室の拡張が始まり、流量の上昇率は徐々に低下してくる。その後、拍動ポンプ５の内圧が管路１１の流体圧力以下になると、時刻ｅにて一方向弁１０が閉鎖され、管路１１に対する新たな流体の拍出がなくなる。
【００６０】
続いて、時刻ｆにおいて、拍動ポンプ５の内圧が低下し、図示しない、リザーバ１の内圧以下になると、一方向弁４が開放され、ポンプ室に流体が吸入される。その後、管路１９（大静脈）の流体はリザーバ１に還ってくる。その後、時刻ｆ以降については、以上のサイクルが繰り返される。
【００６１】
以上、説明したように、本心機能シミュレータを用いることで、生体波形に類似した位相関係を得ることができる。また、圧力波形の特徴を十分に再現することができる。特に、図６中（３）を見ても解るように、一方向弁４、１０にダックビルバルブを用いることで、生体心臓の収縮期から拡張期へ移行する際の大動脈弁の閉鎖によって生じるディクロティック・ノッチ（切れこみ）も再現している。また、流量波形の特徴である急峻な立ち上がり、緩やかな立ち下がりも再現している。
【００６２】
なお、本心機能シミュレータでは、電動比例制御弁１８、拍動ポンプ５、閉鎖型チャンバ６及び閉鎖型チャンバ１４のパラメータを変更することで循環回路の流量を制御することができる。特に、拍動ポンプ５に接続した閉鎖型チャンバ６の水位を調整することで、拍動ポンプ５の収縮力を可変可能である。そのため、例えば閉鎖型チャンバ６の水位を低下させた場合、それに伴い流量、圧力も低下するため、図６中の破線に示した不全心のシミュレーションが可能となる。また、評価ポンプ２０を対象とした実験系の場合、評価ポンプ２０に流れる流体を含むシステム全体の流量と評価ポンプ２０に流れるバイパスフローとの比率を任意に変更することができる。これにより、例えば、補助流量が大きいことで左心室から大動脈へ向かう血流が無くなる場合、大動脈弁が開閉しなくなり血栓が生じるなどの障害が出てくるが、このような症例についても本シミュレータにて再現することができる。
【００６３】
また、心機能や末梢血管抵抗、血管コンプライアンスといったパラメータを定量的に設定可能であることから、これらのパラメータを変更した際の圧力波形、流量波形の変化の定量的な評価など医学教育用シミュレータヘの応用が可能である。たとえば、動脈硬化などコンプライアンス低下が認められる病態については、閉鎖型チャンバ１４の空気量を減少させることで再現することができる。
【００６４】
さらに、本心機能シミュレータによれば、昼モード（人体の昼の拍動数、血圧等の状態）、夜モード（同じく就寝時の状態）、運動モード（同じく活発な運動をした状態）、拍動停止モード等を所定サイクル（例えば、１日）で繰り返す等の人間の生活パターンに応じたシミュレートも可能である。
【００６５】
［まとめ］
以上、本実施形態によれば、生体に類似した左心室圧、大動脈圧、大動脈流量を生体に合致した位相関係で発生させることができる。これらの特性から、本装置は生体の心機能・循環系のシミュレータとして使用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・リザーバ、１ａ・・・流入口、１ｂ・・・流出口、２・・・ヒータ、３・・・管路、４・・・一方向弁、５・・・拍動ポンプ、５ａ、５ｃ・・・開口、５ｂ・・・分岐ポート、６・・・閉鎖型チャンバ、６ａ・・・空気ポート、６ｂ・・・流入口、７・・・空気流路、８、３０・・・空気圧調整弁、９・・・安全弁、１０・・・一方向弁、１１・・・管路、１１ａ・・・分岐ポート、１２・・・流量計、１４・・・閉鎖型チャンバ、１４ａ・・・空気ポート、１４ｂ・・・流入口、１４ｃ・・・流出口、１５・・・空気流路、１６、３２・・・空気調整弁、１７・・・管路、１８・・・電動比例制御弁、１９・・・管路、２０・・・評価ポンプ、２１〜２６、３１、３３・・・圧力センサ、３４、３７・・・流量計、３５、３６・・・管路。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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